介质访问控制方法
介质访问控制方法（Medium Access Control，简称MAC）是数据链路层的一个重要组成部分，它负责决定广播信道中信道分配的协议。常见的介质访问控制方法主要分为三类：信道划分介质访问控制、随机访问介质访问控制和轮询访问介质访问控制。
介绍：
一、信道划分介质访问控制
信道划分介质访问控制是一种静态划分信道的方法，它将一条广播信道逻辑上分为多条用于两个节点之间通信的互不干扰的子信道，实际上就是把广播信道转变为点对点信道。这种方法主要包括以下几种：
- 频分多路复用（FDM）：将多路基带信号调制到不同频率载波上，再叠加形成一个复合信号。每个子信道分配的带宽可不相同，但它们的总和必须不超过信道的总带宽。在实际应用中，为了防止子信道之间的干扰，相邻信道之间需要加入“保护频带”。
- 时分多路复用（TDM）：将一条物理信道按时间分成若干时间片，轮流地分配给多个信号使用。这样，利用每个信号在时间上的交叉，就可以在一条物理信道上传输多个信号。时分多路复用还可以进一步细分为同步时分多路复用和异步时分多路复用（统计时分多路复用，STDM）。
- 波分多路复用（WDM）：即光的频分多路复用，它在一根光纤中传输多种不同波长（频率）的光信号，由于波长（频率）不同，各路光信号互不干扰，最后再用波长分解复用器将各路波长分解出来。
- 码分多路复用（CDM）：采用不同的编码来区分各路的信号，各个编码相互正交。这种方法在移动通信系统中得到了广泛应用，如码分多址（CDMA）技术。
二、随机访问介质访问控制
随机访问介质访问控制是一种动态分配信道的方法，它允许节点在需要时随机地访问信道。这种方法主要包括以下几种：
- ALOHA协议：一种简单的随机访问协议，当网络中的任何一个站点需要发送数据时，可以不进行任何检测就发送数据。如果在一段时间内未收到确认，那么该站点就认为传输过程出现冲突，发送站点需要等待一段时间（随机长度以避免再次冲突）之后再发送数据，直至发送成功。
- CSMA协议：载波侦听多路访问协议，每个站点在发送前都侦听一下共用信道，发现信道空闲后再发送，这样会大大降低冲突的可能，从而提高信道的利用率。CSMA协议还可以进一步细分为1-坚持CSMA、非坚持CSMA和p-坚持CSMA。
- CSMA/CD协议：载波侦听多路访问/碰撞检测协议，它适用于总线型和树型的网络拓扑结构。CSMA/CD协议在发送数据的同时进行碰撞检测，一旦发现碰撞就立即停止发送数据，并发送一个加强冲突的JAM（阻塞）信号，然后等待一段时间再重新发送数据。
- CSMA/CA协议：载波侦听多路访问/碰撞避免协议，它主要用于无线局域网中。由于无线信道的通信质量远不如有线信道，因此CSMA/CA协议采用碰撞避免机制来降低碰撞的概率。
三、轮询访问介质访问控制
轮询访问介质访问控制也是一种动态分配信道的方法，它采用一种轮询的方式让节点依次访问信道。这种方法通常用于令牌环网和令牌总线网中。在令牌环网中，一个令牌在环上循环传递，只有持有令牌的节点才能发送数据。在令牌总线网中，令牌在总线上广播传递，同样只有持有令牌的节点才能发送数据。
综上所述，介质访问控制方法的选择取决于网络拓扑结构、传输介质、节点数量以及应用需求等多种因素。在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的介质访问控制方法以确保网络的性能和可靠性。
对比
一、信道划分介质访问控制
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工作原理：
- 基于多路复用技术，将使用介质的每个设备与来自同一信道上的其他设备的通信隔离开。
- 把时域和频域资源合理地分配给网络上的设备，实现多个计算机或终端设备共享信道资源。
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优缺点：
- 优点：技术成熟，实现容易；能够充分利用传输介质带宽，系统效率较高。
- 缺点：在网络负载轻时，共享信道的效率低。
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应用：适用于网络负载较重的场景，以提高信道利用率和公平性。
二、随机访问介质访问控制
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工作原理：
- 所有用户都能根据自己的意愿随机地发送信息，占用信道的全部速率。
- 当有两个或多个用户同时发送信息时，会产生帧冲突（也称碰撞），导致所有冲突用户的发送均以失败告终。
- 为了解决冲突，每个用户需要按照一定的规则反复地重传帧，直到该帧无冲突地通过。
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具体协议及优缺点：
- 纯ALOHA协议：
- 工作原理：不进行任何检测就发送数据；若未收到确认，则认为发生冲突，等待随机时间后重传。
- 优点：实现简单。
- 缺点：冲突概率大，信道利用率低。
- 时隙ALOHA协议：
- 工作原理：将时间划分为等长的时隙，站点只能在每个时隙开始时发送帧。
- 优点：降低了冲突的可能性，提高了信道利用率。
- 缺点：仍存在一定的冲突概率。
- CSMA协议：
- 工作原理：发送前监听信道，若空闲则发送；若冲突，则等待随机时间后重传。
- 优点：进一步降低了冲突的可能性。
- 缺点：监听和等待可能增加延迟。
- CSMA/CD协议（载波监听多路访问/碰撞检测）：
- 工作原理：在CSMA的基础上增加了碰撞检测机制，边发送边监听信道上的信号电压变化情况。
- 优点：能够及时发现并处理冲突，提高信道利用率。
- 缺点：实现复杂，且只能用于半双工通信。
- 纯ALOHA协议：
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应用：适用于网络负载较轻、需要高效利用信道带宽的场景。
三、轮询访问介质访问控制
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工作原理：
- 主结点轮流“邀请”从属结点发送数据，确保同一时刻只有一个结点独占信道。
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具体协议及优缺点：
- 轮询协议：
- 工作原理：主结点按顺序依次询问从属结点是否有数据要发送。
- 优点：避免了冲突，提高了信道利用率。
- 缺点：存在等待延迟和轮询开销。
- 令牌传递协议：
- 工作原理：使用一个特殊格式的MAC控制帧（令牌）来控制信道的使用，令牌在结点间传递，持有令牌的结点可以发送数据。
- 优点：无碰撞，确保了信道的有序使用。
- 缺点：实现复杂，存在令牌开销和等待延迟；单点故障可能导致整个网络瘫痪。
- 轮询协议：
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应用：适用于负载较重、通信量较大的网络，如令牌环网。
四、综合对比
- 信道划分介质访问控制：适用于网络负载较重的场景，通过多路复用技术提高信道利用率。但技术实现相对复杂，且在网络负载轻时效率较低。
- 随机访问介质访问控制：适用于网络负载较轻、需要高效利用信道带宽的场景。其中，CSMA/CD协议在以太网中得到了广泛应用。但随机访问可能导致冲突，需要一定的冲突解决机制。
- 轮询访问介质访问控制：避免了冲突，提高了信道利用率。但存在等待延迟和开销问题，且单点故障可能导致整个网络瘫痪。因此，适用于负载较重、通信量较大的网络场景。
综上所述，不同的介质访问控制方法各有优缺点，应根据具体应用场景和需求进行选择。